(57)【要約】【課題】  光機能素子の動作の信頼性を向上させる。【解決手段】  基板と、前記基板上に形成された受光領域と、前記基板上に形成された制御領域と、前記制御領域を覆うように当該制御領域上に形成された遮光部と、前記遮光部で覆われていない前記基板上の開口部に形成された、光電変換により生成されたキャリアを捕獲する捕獲領域とを有することを特徴とする光機能素子を用いることで、前記受光領域以外で形成されるキャリアを捕獲し、光機能素子の誤動作を防止して、光機能素子の動作の信頼性を向上させた。【選択図】  図２
2005129701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された受光領域と、
前記基板上に形成された制御領域と、
前記制御領域を覆うように当該制御領域上に形成された遮光部と、
前記遮光部で覆われていない前記基板上の開口部に形成された、光電変換により生成されたキャリアを捕獲する捕獲領域とを有することを特徴とする光機能素子。
【請求項２】
前記捕獲領域には、キャリアを捕獲する捕獲部に電圧を印加する、電圧印加部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の光機能素子。
【請求項３】
前記電圧印加部には、電圧を印加する電源が接続されることを特徴とする請求項２記載の光機能素子。
【請求項４】
前記遮光部が、前記基板上に形成される多層配線層を構成することを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか１項記載の光機能素子。
【請求項５】
前記捕獲領域の不純物拡散層は、当該不純物拡散層と異なる極性の素子分離不純物拡散領域に囲まれるように形成されることを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか１項記載の光機能素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光機能素子に係り、特には受光部を有する光機能素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えばデジタルカメラなどの撮像素子や、光通信に用いる半導体装置などの普及により、入射光を光電変換し電気信号としてデータを取り扱う、光機能素子の高性能化の要求が著しくなってきている。光機能素子は、例えば光電変換部を有する受光領域と、当該受光領域を制御する制御領域を含む構成となっている。制御領域は、例えばバイポーラトランジスタやＭＯＳトランジスタなどからなり、受光領域のスイッチング機能や検出信号の処理、増幅機能を有している。
【０００３】
図１は、従来の光機能素子の構成を模式的に示した断面図である。
【０００４】
図１を参照するに、光機能素子１００は、ｐ型半導体基板からなる基板１０１上に形成された受光領域２００と、同様に当該基板１０１上に形成された当該受光領域２００の制御領域３００を有している。
【０００５】
前記受光領域２００は、前記基板１０１上に形成されたｎ型低濃度不純物拡散層からなる拡散層２０１と、当該拡散層２０１中に形成されたｐ型高濃度不純物拡散層からなる拡散層２０４を含み、当該拡散層２０４は前記拡散層２０１と共にフォトダイオードを構成し、前記受光領域２００の受光部２００Ａを形成している。
【０００６】
また、前記拡散層２０１中にはｎ型高濃度不純物拡散層からなる拡散層２０３が形成され、当該拡散層２０３には、例えばＡｌからなる配線部２０３Ａが電気的に接続されている。前記基板１０１と前記拡散層２０１の間には、ｎ型高濃度不純物拡散層からなる拡散層２０２が形成されている。
【０００７】
例えば、可視光線からなる入射光Ｌ０が、前記受光部２００Ａに入射すると、光電変換により電子・正孔対（キャリア）が発生し、このような信号電荷は前記配線部２０３Ａを介して検出される構造になっている。
【０００８】
また、前記受光領域２００と隣接するように、例えばｎｐｎトランジスタからなる制御領域３００が形成されている。前記制御領域３００は、前記基板１０１上に形成されたｎ型低濃度不純物拡散層からなる拡散層３０１と、当該拡散層３０１内に形成されたｐ型高濃度不純物拡散層からなる拡散層３０３、同様に当該拡散層３０１内に形成されたｎ型高濃度不純物拡散層からなる拡散層３０５、および当該拡散層３０３内に形成されたｎ型高濃度不純物拡散層からなる拡散層３０４を有している。
【０００９】
また、前記基板１０１と前記拡散層３０１の間には、高濃度不純物拡散層からなる拡散層３０２が形成されている。また、前記拡散層３０３、３０４および３０５には、それぞれ配線部３０３Ａ、３０４Ａおよび３０５Ａが電気的に接続される構造になっている。
【００１０】
前記受光領域２００の前記拡散層２０１は、ｐ型高濃度不純物拡散領域からなる拡散領域１０５および１０６で囲まれるように構成されており、例えば前記拡散層２０１と拡散層３０１は前記拡散領域１０６で分離される構造になっている。
【００１１】
また、前記拡散層２０１、２０４、３０１および３０３を覆うように、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）などの絶縁膜からなる絶縁層１０２が形成されている。前記配線部２０３Ａ、３０３Ａ、３０４Ａおよび３０５Ａは、前記絶縁層１０２に、例えばドライエッチングによって形成された穴部を介して拡散層に電気的に接続される構造になっている。
【００１２】
さらに前記絶縁層１０２上に、前記配線部２０３Ａ、３０３Ａ、３０４Ａおよび３０５Ａを覆うように絶縁層１０３が形成されている。前記絶縁層１０３上には、例えばＡｌなどの金属からなる遮光部２０５および３０６が形成されている。また、前記遮光部２０５および３０６を覆うように絶縁層１０４が、保護膜として形成されている。
【００１３】
例えば遮光部２０５および３０６が、前記受光領域２００の受光部２００Ａ以外の部分を覆うようことにより、前記光機能素子１００の、受光部２００Ａ以外の部分で前記入射光Ｌ０によってキャリアが形成されることを防止している。
【特許文献１】特開２０００−２３６０６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、前記光機能素子１０において、光機能素子の受光部以外の部分を全て遮光部で覆うことは、実際には素子の配置やスペースの問題などがあり、困難であった。
【００１５】
例えば、図１に示す光機能素子１００の場合、前記制御領域３００に隣接する分離領域４００の、ｐ型高濃度不純物拡散領域からなる分離領域４０１上には、遮蔽部が形成されておらず、開口部４００Ａから入射光Ｌ０が入射してしまう構造になっている。
【００１６】
そのため、前記分離領域４０１または前記基板１０１では、入射光Ｌ０によって、キャリアが発生し、例えば電子が、隣接する前記拡散層３０２の側に移動して隣接する制御領域との間に電流が流れてしまい、隣接する前記制御領域３００の制御領域の動作に影響を与え、光機能素子の誤動作の原因となる問題が生じていた。
【００１７】
そこで、本発明では上記の問題を解決した、新規で有用な光機能素子を提供することを目的としている。
【００１８】
本発明の具体的な課題は、入射光により形成されるキャリアによる誤動作の影響を排した、信頼性の高い光機能素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明では、上記の課題を解決するために、基板と、前記基板上に形成された受光領域と、前記基板上に形成された制御領域と、前記制御領域を覆うように当該制御領域上に形成された遮光部と、前記遮光部で覆われていない前記基板上の開口部に形成された、光電変換により生成されたキャリアを捕獲する捕獲領域とを有することを特徴とする光機能素子を用いた。
【００２０】
本発明によれば、光機能素子の遮光部で覆われていない開口部に光電変換により発生するキャリアを捕獲する捕獲領域を設けたことで、発生するキャリアが、光機能素子の動作に影響を及ぼすことを防止して光機能素子の信頼性を向上させることが可能となる。
【００２１】
また、前記捕獲領域には、キャリアを捕獲する捕獲部に電圧を印加する、電圧印加部が形成されていると、前記キャリアが捕獲され、光機能素子の動作に影響を及ぼすことを防止して光機能素子の信頼性を向上させることが可能となる。
【００２２】
また、前記電圧印加部には、電圧を印加する電源が接続されると、前記キャリアが捕獲され、光機能素子の動作に影響を及ぼすことを防止して光機能素子の信頼性を向上させることが可能となる。
【００２３】
また、前記遮光部が、前記基板上に形成される多層配線層を構成すると、光機能素子の構造を単純にすることが可能となり、好適である。
【００２４】
また、前記捕獲領域の不純物拡散層は、当該不純物拡散層と異なる極性の素子分離不純物拡散領域に囲まれるように形成されると、当該捕獲領域のキャリアの移動の影響を分離することが可能となり、好適である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、入射光により形成されるキャリアによる誤動作の影響を排した、信頼性の高い光機能素子を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に、本発明の実施の形態に関して以下に図２に基づき、説明する。
【実施例１】
【００２７】
図２は、本発明の実施例１による光機能素子の構成を、模式的に示した断面図である。
【００２８】
図２を参照するに、光機能素子１０は、ｐ型半導体基板からなる基板１１上に形成された受光領域２０と、当該基板１１上に形成された当該受光領域２０の制御領域３００を有している。
【００２９】
本実施例では、さらに入射光や、入射光によって生じる迷光や、外乱光などにより発生するキャリアを捕獲する捕獲領域４０を、前記基板１１上に設けて、光電変換により生じたキャリアによって光機能素子が誤動作することを防止している。
【００３０】
前記受光領域２０は、前記基板１１上に形成されたｎ型低濃度不純物拡散層からなる拡散層２１と、当該拡散層２１中に形成されたｐ型高濃度不純物拡散層からなる拡散層２４を含み、当該拡散層２４は前記拡散層２１と共にフォトダイオードを構成し、前記受光領域２０の受光部２０Ａを形成している。
【００３１】
また、前記拡散層２１中にはｎ型高濃度不純物拡散層からなる拡散層２３が形成され、当該拡散層２３には、例えばＡｌからなる配線部２３Ａが電気的に接続されている。前記基板１１と前記拡散層２１の間には、ｎ型高濃度不純物拡散層からなる拡散層２２が形成されている。
【００３２】
例えば、可視光線からなる入射光Ｌ１が、前記受光部２０Ａに入射すると、光電変換によりキャリアが発生し、このような信号電荷は前記配線部２３Ａを介して検出される構造になっている。
【００３３】
また、前記受光領域２０と隣接するように、前記基板１１上に制御領域３０が形成されている。制御領域は、例えばバイポーラトランジスタやＭＯＳトランジスタなどからなり、受光領域のスイッチング機能や検出信号の処理、増幅機能を有している。本実施例の場合、前記制御領域３０は、例えばｎｐｎトランジスタからなり、前記基板１１上に形成されたｎ型低濃度不純物拡散層からなる拡散層３１と、当該拡散層３１内に形成されたｐ型高濃度不純物拡散層かなる拡散層３３、同様に当該拡散層３１内に形成されたｎ型高濃度不純物拡散層からなる拡散層３５、および当該拡散層３３内に形成されたｎ型高濃度不純物拡散層からなる拡散層３４を有している。
【００３４】
また、前記基板１１と前記拡散層３１の間には、高濃度不純物拡散層からなる拡散層３２が形成されている。また、前記拡散層３３、３４および３５には、それぞれ配線部３３Ａ、３４Ａおよび３５Ａが電気的に接続される構造になっている。
【００３５】
また、前記拡散層２１、２４、３１および３３を覆うように、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）などの絶縁膜からなる絶縁層１２が形成されている。前記配線部２３Ａ、３３Ａ、３４Ａおよび３５Ａは、前記絶縁層１２に、例えばドライエッチングによって形成された穴部を介して拡散層に電気的に接続される構造になっている。
【００３６】
さらに前記絶縁層１２上に、前記配線部２３Ａ、３３Ａ、３４Ａおよび３５Ａを覆うように絶縁層１３が形成されている。前記絶縁層１３上には、例えばＡｌなどの金属からなる遮光部２５および３６が形成されている。また、前記遮光部２５および３６を覆うように絶縁層１４が、保護膜として形成されている。
【００３７】
遮光部２５は、前記受光領域２０の前記受光部２０Ａ以外の部分、例えば前記拡散層２１および２３を覆うように形成されている。また、前記遮光部３６は、前記制御領域３０の全体を覆うように形成されている。このため、前記光機能素子１０の、受光部２０Ａ以外の部分で光電変換によってキャリアが形成され、当該キャリアの影響によって光機能素子が誤動作することを防止している。
【００３８】
しかし、例えば遮光部２５や遮光部３６を光機能素子の配線部として用いる場合には、遮光部を、受光部以外の部分で連続体で形成することが困難であり、遮光部を形成できない部分が生じてしまう。また、実際には受光部以外の部分を完全に遮光部で覆うことは、光機能素子の設計や素子の配置の都合上困難である。
【００３９】
そのため、本実施例では、前記基板１１上の、遮光部で覆われていない開口部に対応する部分に、光電変換により形成されてしまうキャリアの捕獲を行う捕獲領域を形成して、当該キャリアによって光機能素子が誤動作することを防止している。
【００４０】
例えば本実施例の場合、前記制御領域３０に隣接するように捕獲領域４０を形成している。前記捕獲領域４０は、前記基板１１上に形成されたｎ型低濃度不純物拡散層からなる拡散層４１と、当該拡散層４１内に形成された、ｎ型高濃度不純物拡散層からなる拡散層４３および前記拡散層４１と前記基板１１との間に形成されたｎ型高濃度不純物拡散層４２を有している。前記拡散層４１、４２および４３が、キャリアを捕獲する捕獲部を構成している。また、当該拡散層４３には、例えばＡｌなどの金属からなる、当該捕獲部に電圧を印加する電圧印加部となる配線部４３Ａが電気的に接続された構造になっている。
【００４１】
また、前記拡散層４１を覆うように、前記絶縁層１２が形成されており、前記配線部４３Ａは、前記絶縁層１２に、例えばドライエッチングによって形成された穴部を介して前記拡散層４３に電気的に接続される構造になっている。
【００４２】
さらに前記絶縁層１２上に、前記配線部４３Ａを覆うように前記絶縁層１３が形成されている。前記捕獲領域４０上の前記絶縁層１３上には遮光部４４、４５で覆われていない部分、すなわち開口部４０Ａが形成されており、当該開口部４０Ａからは、前記捕獲領域４０に前記入射光Ｌ１が入射する。また、直接前記開口部４０Ａに前記入射光Ｌ１が入射しない場合でも、例えば前記受光部２０Ａに入射する入射光の迷光や、外乱光などが前記捕獲領域４０に入射する場合がある。
【００４３】
そこで、本実施例では、遮光部で覆われていない開口部に対応する部分、例えば前記捕獲領域４０に、電圧を印加して、入射光などが照射することで発生するキャリアを捕獲して、光機能素子の誤動作を防止している。
【００４４】
具体的には、前記配線部４３Ａを、例えば電源５０に配線４３ａを介して接続することにより、前記捕獲領域４０に電圧を印加し、前記拡散層４３と前記基板１１の間に拡散領層４１、４２を介して電流が流れるようにする。そのため、前記捕獲領域４０で光電変換により形成されたキャリアは当該電流に寄与することとなり、例えば当該キャリアが前記制御領域３０側へ移動する量を減少させる。このように当該キャリアが前記捕獲領域４０で捕獲されるために、光機能素子の誤動作を防止することが可能となっている。
【００４５】
このため、例えば遮光部で覆うことが不可能な領域にこのような捕獲領域を形成することで入射光や、迷光、外乱光などによって生成されるキャリアによる誤動作などの影響を排して、信頼性の高い光機能素子を形成することが可能となる。
【００４６】
従来、光機能素子の受光部以外の部分を全て遮光部で覆うことは、実際には素子の配置やスペースの問題などがあり、困難であった。本実施例によれば、遮光部が形成されない開口部からの入射光などによるキャリアの発生による不具合を防止する。
【００４７】
また、本実施例では遮光部を不連続な構造で自由に形成することが可能となるために、遮光部を光機能素子の配線層として利用することが可能になる。そのため、配線の取り回しの設計の自由度が上がり、より省スペースで配線することが可能となる。そのため、例えば配線部２３Ａ、３３Ａ、３４Ａ、３５Ａ、および４３Ａを含む第１の配線層と、当該第１の配線層上に絶縁層を介して形成される、遮光部と配線部を兼ねる、例えば前記遮光部２５、３６、４４および４５を含む第２の配線層を形成することが可能となり、従来に比べて省スペースでまた単純な構造で、遮光部と、多層配線構造を含む光機能素子を形成することが可能となる。
【００４８】
また、前記捕獲領域４０の前記拡散層４１は、当該拡散層４１と異なる極性の、すなわちｐ型高濃度不純物拡散領域からなる素子分離拡散領域１７および１８に囲まれるように形成されている。このため、前記拡散層４１内でのキャリアの動きの影響が分離され、例えば前記捕獲領域４０でのキャリアの動きの影響が他の素子、例えば前記制御領域４０に及ばないような構造になっている。また、前記拡散層３１と前記拡散層２１も同様に高濃度不純物拡散領域からなる素子分拡散離領域１６によって分離され、また前記拡散層２１と隣接する他の素子も、素子分離拡散領域１５によって分離される構造になっている。
【００４９】
このように、本実施例においては、光機能素子において、入射光や、入射光による迷光、外乱光などによる光機能素子の誤動作を防止して、光機能素子の信頼性を向上させることが可能になっている。
【００５０】
また、遮光部を形成する場合に、遮光部によって受光部以外の基板の全てを覆う必要が無く、素子や遮光部を形成する際の設計の自由度が向上する。このため、従来の光機能素子に比べて小型化することが可能となり、また光機能素子の構造を単純とすることが可能となるために、製造コストを抑制することが可能となる。
【００５１】
また、本実施例では光機能素子１０は、受光領域２０を構成するｎ型低濃度不純物拡散層からなる拡散層２１と、制御領域を構成するｎ型低濃度不純物拡散層からなる拡散層３１と、捕獲領域を構成するｎ型低濃度不純物拡散層からなる拡散層４１とで、構成しているが、拡散層２１、３１、４１に代えて、当該拡散層２１と当該拡散層３１と当該拡散層４１は、ｎ型低濃度のエピタキシャル層としてもよい。
【００５２】
また、本実施例ではｐ型基板を用いて光機能素子を形成する場合を例にとって説明したが、ｎ型基板を用いて、本実施例と同様にして光機能素子を形成することも可能である。この場合、拡散層、拡散領域の不純物の極性が異なる構造となる。
【００５３】
また、本実施例では制御領域の一例としてｎｐｎバイポーラトランジスタを用いた場合の例を示したが、制御領域はこれに限定されるものではない。例えばｐｎｐバイポーラトランジスタや、ＭＯＳトランジスタ、抵抗素子や容量素子などを制御領域として形成した場合にも、本実施例に示した場合と同様の効果を奏する。
【００５４】
すなわち、制御領域が光電変換によって生じたキャリアによって影響を受ける事無く、動作の信頼性を向上させることを可能とする。また、従来の光機能素子に比べて小型化することが可能となり、光機能素子の構造を単純とすることが可能となるために、製造コストを抑制することが可能となる。
【００５５】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明によれば、入射光により形成されるキャリアによる誤動作の影響を排した、信頼性の高い光機能素子を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】従来の光機能素子を模式的に示した断面図である。
【図２】実施例１による光機能素子を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０，１００  光機能素子
１１，１０１  基板
２０，２００  受光領域
２０Ａ，２００Ａ  受光部
３０，３００  制御領域
４０  捕獲領域
１５，１６，１７，１８，１０５，１０６，４０１  素子分離拡散領域
２１，２２，２３，２４，３１，３２，３３，３４，３５，４１，４２，４３，２０１，２０２，２０３，２０４，３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，４０１  不純物拡散層
２５，３６，４４，４５，２０５，３０６  遮光部
【図１】
2005129701.tif 000003
【図２】
2005129701.tif 000004